Теорії з краю. У зоопарку науки

Гранична наука розуміється принаймні подвійно. По-перше, як здорова наука, але поза мейнстримом та парадигмою. По-друге, як і всі теорії та гіпотези, що мають мало спільного з наукою.

Теорія Великого Вибуху також колись належала до галузі другорядної науки. Він був першим, хто виголосив свої слова у 40-х роках. Фред Хойл, основоположник теорії зоряної еволюції Він зробив це в радіопередачі (1), але в глузування, з наміром висміяти всю концепцію. А цей народився, коли було виявлено, що галактики тікають одна від одної. Це навело дослідників на думку, що якщо Всесвіт розширюється, то в якийсь момент це мало розпочатися. Ця віра лягла в основу панівної нині і повсюдно незаперечної теорії Великого вибуху. Механізм розширення, у свою чергу, пояснюється іншим, також нині не оспорюваним більшістю вчених теорія інфляції. В «Оксфордському астрономічному словнику» ми можемо прочитати, що теорія Великого вибуху: «Найбільш широко прийнята теорія, яка пояснює походження та еволюцію Всесвіту. Згідно з теорією Великого вибуху, Всесвіт, що виник із сингулярності (початковий стан високої температури та щільності), з цієї точки розширюється».

Проти «наукового виключення»

Проте не всіх, навіть у науковій спільноті, такий стан речей влаштовує. У листі, підписаному кілька років тому більш ніж XNUMX вченими з усього світу, включаючи Польщу, ми читаємо, зокрема, що «Великий вибух заснований на постійно зростаючій кількості гіпотетичних сутностей: космологічної інфляції, неполярної матерії. (темна матерія) та темна енергія. (…) Суперечності між спостереженнями та прогнозами теорії Великого вибуху вирішуються шляхом додавання таких сутностей. Істоти, за якими не можна чи не спостерігали. … У будь-якій іншій галузі науки потреба в таких об'єктах, що повторюється, принаймні викликала б серйозні питання щодо обґрунтованості лежачої в основі теорії – якщо ця теорія не дала результатів через свою недосконалість. »

«Ця теорія, — пишуть вчені, — вимагає порушення двох законів фізики, що добре зарекомендували себе: принципу збереження енергії та збереження баріонного числа (стверджує, що рівна кількість матерії та антиматерії складається з енергії). “

Висновок? «(…) Теорія Великого вибуху — не єдина доступна основа опису історії Всесвіту. Існують також альтернативні пояснення фундаментальних явищ у космосі., У тому числі: велика кількість легких елементів, утворення гігантських структур, пояснення фонового випромінювання і зв'язок Хаббла. До сьогодні такі питання та альтернативні рішення не можуть вільно обговорюватися та перевірятися. Відкритий обмін ідеями - це те, чого найбільше не вистачає на великих конференціях. … Це відбиває зростаючий догматизм мислення, чужий духу вільного наукового дослідження. Це не може бути здоровою ситуацією.

Можливо, тоді теорії, що ставлять під сумнів Великий Вибух, хоч і віднесені до периферійної зони, з серйозних наукових причин мають бути захищені від «наукового виключення».

Що фізики замітали під килим

Всі космологічні теорії, які виключають Великий вибух, зазвичай усувають неприємну проблему темної енергії, перетворюють такі константи, як швидкість світла та час, у змінні та прагнуть поєднати взаємодії часу та простору. Типовим прикладом останніх є пропозиція фізиків з Тайваню. У їхній моделі це досить клопітно з погляду багатьох дослідників. темна енергія зникає. Отже, на жаль, доводиться вважати, що Всесвіт немає ні початку, ні кінця. Ведучий автор цієї моделі Вун-Цзі Сзу з Тайванського національного університету описує час і простір не як окремі, бо як тісно пов'язані елементи, які можуть взаємозамінюватися один з одним. Ні швидкість світла, ні гравітаційна постійна в цій моделі не є постійними, але є факторами перетворення часу та маси на розмір і простір, що відбувається в міру розширення Всесвіту.

Теорію Шу можна вважати фантазією, але модель Всесвіту, що розширюється, з надлишком темної енергії, який змушує її розширюватися, викликає серйозні проблеми. Деякі відзначають, що за допомогою цієї теорії вчені «замістили під килим» фізичний закон збереження енергії. Тайванська концепція не порушує принципів збереження енергії, але має проблему з мікрохвильовим фоновим випромінюванням, що вважається пережитком Великого вибуху.

Минулого року став відомий виступ двох фізиків з Єгипту та Канади, і на основі нових розрахунків вони розробили іншу, дуже цікаву теорію. Відповідно до них Всесвіт існував завжди – Великого Вибуху не було. Заснована на квантовій фізиці, ця теорія здається тим більше привабливою, оскільки вона вирішує проблему темної матерії та темної енергії одним махом.

2. Візуалізація квантової рідини

Ахмед Фараг Алі з міста науки та технологій Зеваїл та Саур'я Дас з Летбріджського університету спробували це. поєднати квантову механіку із загальною теорією відносності. Вони використовували рівняння, розроблене проф. Амаль Кумар Райчаудхурі з університету Калькутти, який дозволяє передбачати розвиток сингулярностей в загальній теорії відносності. Проте після кількох виправлень вони помітили, що насправді воно описує «рідину», що складається з дрібних дрібних частинок, яка ніби заповнює весь простір. Довгий час спроби вирішити проблему гравітації призводять до гіпотетичного гравітони - Частки, що породжують цю взаємодію. На думку Даса та Алі, саме ці частинки можуть утворювати цю квантову «рідину» (2). За допомогою свого рівняння фізики простежили шлях «рідини» в минуле і виявилося, що клопіткої для фізики сингулярності 13,8 млн років тому справді не було, а Здається, що Всесвіт існує вічно. У минулому він був, за загальним визнанням, меншим, але його так і не вдалося стиснути до запропонованої раніше нескінченно малої точки простору..

Нова модель може також пояснити існування темної енергії, яка, як очікується, підживлює розширення Всесвіту, створюючи негативний тиск усередині неї. Тут уже сама «рідина» створює невелику силу, що розширює простір, спрямовану зовні, у Всесвіт. І це ще не кінець, адже визначення маси гравітону в цій моделі дозволило пояснити ще одну загадку - темну матерію, - яка, як передбачається, гравітаційно впливає на весь Всесвіт, залишаючись при цьому непомітним. Простіше кажучи, сама "квантова рідина" - це темна матерія.

3. Зображення космічного фонового випромінювання з WMAP

У нас величезна кількість моделей

У другій половині минулого десятиліття філософ Міхал Темпчик з огидою заявив, що «Емпіричний зміст космологічних теорій мізерний, вони пророкують мало фактів і засновані на невеликій кількості даних спостережень».. Кожна космологічна модель емпірично еквівалентна, тобто заснована на тих самих даних. Критерій має бути теоретичним. Нині ми маємо більше спостережних даних, ніж раніше, але база космологічної інформації радикально не збільшилася — тут можна навести дані з супутника WMAP (3) та супутника з телескопом Планк (4).

Говард Робертсон і Джеффрі Вокер незалежно один від одного сформували метрика для всесвіту, що розширюється.. Рішення рівняння Фрідмана разом із метрикою Робертсона-Уокера утворюють так звану Модель FLRW (метрика Фрідмана-Леметра-Робертсона-Уокера). Модифікована з часом та доповнювана, вона має статус стандартної моделі космології. Ця модель краще справлялася з наступними емпіричними даними.

Звичайно, було створено набагато більше моделей. У 30-ті роки було створено Космологічна модель Артура Мілна, заснований на його кінематичній теорії відносності Передбачалося, що вона складе конкуренцію загальної теорії відносності Ейнштейна та релятивістської космології, але передбачення Мілна виявилися зведеними до одного з рішень рівнянь поля Ейнштейна (ЕФЕ).

4. Космічний телескоп

Також у цей час Річард Толмен, засновник релятивістської термодинаміки, представив свою модель Всесвіту – пізніше його підхід був узагальнений і так звана модель LTB (Леметр-Толман-Бонді). Це була неоднорідна модель з великою кількістю ступенів свободи і, отже, з низьким ступенем симетрії.

Сильна конкуренція моделі FLRW, а тепер і її розширення, модель ЖКМ, В який також входить лямбда, так звана космологічна постійна, відповідальна за прискорення розширення Всесвіту і за холодну темну матерію. Це різновид неньютонівської космології, яка була відкладена через неможливість впоратися з відкриттям космічного фонового випромінювання (КБР) та квазарів. Виникненню матерії з нічого, запропонованого цією моделлю, також протиставлялося, хоч і знаходилося математично переконливе обґрунтування.

Можливо, найвідоміша модель квантової космології – це Модель Безмежного Всесвіту Хокінга та Хартла. Це включало розгляд всього космосу як щось, що можна описати хвильовою функцією. Зі зростанням теорія суперструн були спроби побудувати з його основі космологічну модель. Найбільш відомі моделі були засновані на більш загальній версії теорії струн, так званої Мої теорії. Наприклад, ви можете замінити модель Рендалл-Сандрум.

5. Мультиверсумне бачення

Мультивсесвіт

Іншим прикладом з довгої серії прикордонних теорій є концепція Мультивселенной (5), заснована на зіткненні всесвіту-висівки. Кажуть, що це зіткнення призводить до вибуху та перетворення енергії вибуху на гаряче випромінювання. Включення в цю модель темної енергії, яка також деякий час використовувалася в теорії інфляції, дозволило побудувати циклічну модель (6), ідеї якої, наприклад, у вигляді пульсуючого всесвіту, вона неодноразово відкидалася раніше.

6. Візуалізація циклічного всесвіту, що коливається.

Авторами цієї теорії, також відомої як модель космічного вогню або експіротична модель (від грецьк. ekpyrosis - "світовий вогонь"), або Теорії Великої Аварії, є вчені з університетів Кембріджа і Прінстона - Пол Стейнхардт і Ніл Турок. За їхніми словами, спочатку космос був порожнім та холодним місцем. Не було часу, енергії, матерії. Лише зіткнення двох розташованих поруч один з одним плоских всесвітів ініціювало «велику пожежу». Енергія, що виникла потім, викликала Великий Вибух. Автори цієї теорії також пояснюють поточне розширення Всесвіту. Теорія Великого Аварії передбачає, що Всесвіт зобов'язаний своєю нинішньою формою зіткненню так званих ту, на якій він розташований, з іншого, і перетворення енергії зіткнення на матерію. Саме в результаті зіткнення сусіднього дубля з нашим утворилася відома нам матерія і наш Всесвіт почав розширюватися.. Можливо, цикл подібних зіткнень нескінченний.

Теорія Великої Аварії була схвалена групою відомих космологів, зокрема Стівеном Хокінгом і Джимом Піблзом, одним з першовідкривачів реліктового випромінювання. Результати місії космічного супутника "Планк" узгоджуються з деякими передбаченнями циклічної моделі.

Хоча подібні концепції вже існували в давнину, термін «Мультивселена», що найбільш часто використовується сьогодні, був придуманий у грудні 1960 року Енді Німмо, тодішнім віце-президентом Шотландського відділення Британського міжпланетного товариства. Цей термін використовується як правильно, і неправильно протягом кількох років. Наприкінці 60-х письменник-фантаст Майкл Муркок назвав його зборами всіх світів. Прочитавши один з його романів, фізик Девід Дойч використав його в цьому сенсі у своїй науковій роботі (включаючи розробку квантової теорії множини світів Х'ю Еверетта), що займається сукупністю всіх можливих всесвітів - всупереч первісному визначенню Енді Німмо. Після того, як ця робота була опублікована, поголос поширився серед інших учених. Отже, тепер «всесвіт» означає один світ, який керується певними законами, а «мультивселена» — це гіпотетична сукупність усіх всесвітів.

7. Гіпотетична кількість всесвітів, присутніх у мультивсесвіті.

У всесвітах цього «квантового мультивсесвіту» можуть діяти зовсім інші закони фізики. За підрахунками космологів-астрофізиків Стенфордського університету в Каліфорнії кількість таких всесвітів може бути 1010, причому ступінь 10 зводиться до ступеня 10, який, у свою чергу, зводиться до ступеня 7 (7). І це число не можна записати в десятковій формі через кількість нулів, що перевищує кількість атомів у спостережуваному Всесвіті, що оцінюється в 1080.

Розпадається вакуум

На початку 80-х років так звана інфляційна космологія Алан Гут, американський фізик, спеціаліст у галузі елементарних частинок. Щоб пояснити деякі труднощі зі спостереженнями у моделі FLRW, вона ввела до стандартної моделі додатковий період швидкого розширення після перетину планківського порога (10–33 секунди після Великого вибуху). Гут у 1979 році, працюючи над рівняннями, що описують раннє існування Всесвіту, помітив щось дивне — хибний вакуум. Воно відрізнялося від наших знань про вакуум тим, що, наприклад, воно не було порожнім. Швидше, це був матеріал, потужна сила, здатна спалахнути весь всесвіт.

Уявіть собі круглий шматок сиру. Нехай це буде нашим помилковий вакуум до величезного вибуху. Він має дивовижну властивість того, що ми називаємо «відштовхувальною гравітацією». Ця сила настільки потужна, що вакуум може розширитися від розмірів атома до розмірів галактики за секунду. З іншого боку, він може розпадатися як радіоактивний матеріал. Коли частина вакууму виходить з ладу, він створює міхур, що розширюється, трохи схожий на дірки в швейцарському сирі. У такій бульбашці-отворі створюється помилковий вакуум - надзвичайно гарячі та щільно упаковані частинки. Потім вони вибухають, що є Великим вибухом, який створює наш всесвіт.

Важлива річ, яку фізик російського походження Олександр Віленкін усвідомив на початку 80-х років, полягала в тому, що жодної порожнечі, що зазнає розпаду, не існує. «Ці міхури розширюються дуже швидко, – каже Віленкін, – але простір між ними розширюється ще швидше, звільняючи місце для нових міхурів». Це означає, що Як тільки космічна інфляція почалася, вона ніколи не зупиняється, і кожен наступний міхур містить сировину для наступного Великого вибуху. Таким чином, наш Всесвіт може бути всього лише однією з нескінченного числа всесвітів, що постійно виникають у хибному вакуумі, що постійно розширюється.. Іншими словами, це може бути реальним землетрус всесвітів.

Кілька місяців тому космічний телескоп ЕКА «Планк» спостерігав «на краю Всесвіту» загадкові яскравіші точки, які, на думку вчених, можуть бути сліди нашої взаємодії з іншим всесвітом. Наприклад, стверджує Ранга-Рам Чарі, один із дослідників, які аналізують дані, що надходять із обсерваторії в каліфорнійському центрі. Він помітив дивні яскраві плями у космічному фоновому світлі (CMB), які наносить на карту телескоп Planck. Теорія полягає в тому, що існує мультивсесвіт, в якому «бульбашки» всесвітів швидко ростуть, підживлювані інфляцією. Якщо затравочні бульбашки сусідять, то на початку їх розширення можлива взаємодія, гіпотетичні «зіткнення», наслідки яких ми повинні бачити у слідах реліктового випромінювання раннього Всесвіту.

Чарі думає, що знайшов такі сліди. В результаті ретельного та тривалого аналізу він виявив області у реліктовому випромінюванні, які у 4500 разів яскравіші, ніж передбачає теорія фонового випромінювання. Одним з можливих пояснень цього надлишку протонів та електронів є контакт з іншим всесвітом. Звісно, ​​цю гіпотезу ще не підтверджено. Вчені обережні.

Є тільки кути

Ще одним пунктом нашої програми відвідування своєрідного космічного зоопарку, повного теорій та міркувань про створення Всесвіту, стане гіпотеза видатного англійського фізика, математика та філософа Роджера Пенроуза. Строго кажучи, це квантова теорія, але в ній є деякі її елементи. Сама назва теорії - конформна циклічна космологія () – містить основні компоненти кванта. До них відноситься конформна геометрія, яка оперує виключно поняттям кута, відкидаючи питання відстані. Великий і малий трикутники невиразні в цій системі, якщо вони мають однакові кути між сторонами. Прямі лінії не відрізняються від кіл.

У чотиривимірному просторі-часі Ейнштейна, крім трьох вимірів, є ще час. Конформна геометрія обходиться без нього. І це чудово узгоджується з квантовою теорією про те, що час та простір можуть бути ілюзією наших почуттів. Отже ми маємо лише кути, а точніше світлові конуси, тобто. поверхні, якими поширюється випромінювання. Швидкість світла також точно визначена, адже йдеться про фотони. Математично цієї обмеженої геометрії достатньо для опису фізики, якщо вона не має справу з масовими об'єктами. А Всесвіт після Великого вибуху складався лише з високоенергетичних частинок, які насправді були випромінюванням. Майже 100% їхньої маси було перетворено на енергію відповідно до основної формули Ейнштейна E = mc².

Отже, нехтуючи масою, з допомогою конформної геометрії ми можемо показати процес створення Всесвіту і навіть певний період до створення. Просто треба враховувати гравітацію, що у стані мінімальної ентропії, тобто. у високому ступені порядку. Тоді особливість Великого Вибуху зникає, і початок Всесвіту постає просто як регулярна межа якогось простору-часу.

8. Бачення гіпотетичної білої дірки

З дірки в дірку, або Космічний метаболізм

Екзотичні теорії пророкують існування екзотичних об'єктів, тобто. білі дірки (8) – гіпотетичні протилежності чорних дірок. Першу проблему було згадано на початку книги Фреда Хойла. Теорія полягає в тому, що біла діра має бути областю, де енергія та матерія випливають із сингулярності. Попередні дослідження не підтвердили існування білих дірок, хоча деякі дослідники вважають, що приклад виникнення Всесвіту, тобто Великого Вибуху, насправді міг бути прикладом саме такого явища.

За визначенням, біла діра викидає те, що поглинає темна діра. Єдиною умовою було б наблизити чорну та білу дірки один до одного та створити між ними тунель. Існування такого тунелю передбачалося ще 1921 року. Він називався мостом, тоді називався міст Ейнштейна-Розена, За іменами вчених, які проводили математичні розрахунки, що описують це гіпотетичне виробництво. У наступні роки його називали червоточина, відомий в англійській мові під більш своєрідною назвою «червоточина».

Після відкриття квазарів висловили припущення, що бурхливе випромінювання енергії, пов'язане з цими об'єктами, може бути результатом білої діри. Незважаючи на безліч теоретичних міркувань, більшість астрономів не сприймали цю теорію всерйоз. Основним недоліком всіх розроблених досі моделей білих дірок є те, що навколо них має бути якась освіта. дуже сильне гравітаційне поле. Розрахунки показують, що коли щось падає у білу дірку, воно має отримати потужний викид енергії.

Однак проникливі розрахунки вчених стверджують, що навіть якби білі дірки і, отже, червоточини існували, вони були б вкрай нестабільні. Строго кажучи, матерія не змогла б пройти через цю «червоточину», бо швидко розпалася б. І навіть якби тіло могло потрапити до іншого, паралельного всесвіту, воно увійшло б до нього у вигляді частинок, які, можливо, могли б стати матеріалом для нового, іншого світу. Деякі вчені навіть стверджують, що Великий вибух, який мав породити наш Всесвіт, був саме результатом відкриття білої діри.

Квантові голограми

Він пропонує багато екзотики у теоріях та гіпотезах. квантова фізика. З моменту свого створення він надав низку альтернативних інтерпретацій так званій Копенгагенській школі. Уявлення про хвилю-пілот або вакуум як активну енергоінформаційну матрицю реальності, відкладені багато років тому, функціонували на периферії науки, а іноді й трохи за її межами. Проте останнім часом вони набули великої життєвої сили.

Наприклад, ви будуєте альтернативні сценарії розвитку Всесвіту, припускаючи змінну швидкість світла, значення постійної Планки або створюєте варіації на тему гравітації. Закон всесвітнього тяжіння революціонізується, наприклад, підозрами, що рівняння Ньютона не працюють на великих відстанях, а кількість вимірів має залежати від поточного розміру Всесвіту (і зростати з його зростанням). Час заперечується реальністю у одних концепціях, а багатовимірне простір — за іншими.

Найбільш відомими квантовими альтернативами є Концепції Девіда Бома (9). Його теорія припускає, що стан фізичної системи залежить від хвильової функції, заданої в конфігураційному просторі системи, а сама система будь-якої миті часу перебуває в одній з можливих конфігурацій (якими є положення всіх частинок у системі або стану всіх фізичних полів). Останнє припущення не існує в стандартній інтерпретації квантової механіки, яка передбачає, що до моменту виміру стан системи задається тільки хвильовою функцією, що призводить до парадоксу (так званий парадокс кота Шредінгера). Еволюція конфігурації системи залежить від хвильової функції через так звану рівняння пілотної хвилі. Теорія була розроблена Луї де Бройлем, а потім знову відкрита і вдосконалена Бомом. Теорія де Бройля-Бома відверто нелокальна, тому що рівняння пілотної хвилі показує, що швидкість кожної частки, як і раніше, залежить від становища всіх частинок у Всесвіті. Оскільки інші відомі закони фізики є локальними, а нелокальні взаємодії у поєднанні з теорією відносності призводять до причинно-наслідкових парадоксів, багато фізиків вважають це неприйнятним.

10. Космічна голограма

У 1970 році Бом представив далекосяжні бачення всесвіту-голограма (10), згідно з яким, як і в голограмі, кожна частина містить інформацію про ціле. Відповідно до цієї концепції, вакуум є не лише резервуаром енергії, а й надзвичайно складною інформаційною системою, що містить голографічний запис матеріального світу.

У 1998 році Гарольд Путхофф разом із Бернардом Хейшем та Альфонсом Руедою представили конкурента квантової електродинаміки. стохастична електродинаміка (ВЕД). Вакуум у цій концепції є резервуаром турбулентної енергії, що породжує віртуальні частки, що постійно виникають і зникають. Вони стикаються з реальними частинками, повертаючи їм енергію, що, своєю чергою, викликає постійні зміни їхнього стану та енергії, які сприймаються як квантова невизначеність.

Хвильова інтерпретація була сформульована ще 1957 р. вже згаданим Евереттом. У цій інтерпретації має сенс говорити про вектор стану для всього всесвіту. Цей вектор ніколи не хлопається, тому реальність залишається строго детермінованою. Однак це не реальність, про яку ми зазвичай думаємо, а композиція багатьох світів. Вектор стану розбитий на безліч станів, що представляють всесвіт, що взаємно не спостерігаються, причому кожен світ має певний вимір і статистичний закон.

Основні припущення у відправній точці цієї інтерпретації:

• постулат про математичну природу світу - реальний світ або будь-яка його ізольована частина може бути представлена ​​набором математичних об'єктів;
• постулат про розкладання світу - Світ можна розглядати як систему плюс апарат.

Слід додати, що прикметник «квантовий» деякий час з'являвся в літературі Нью-Ейдж та сучасної містики.. Наприклад, відомий лікар Діпак Чопра (11) просував концепцію, яку він називає квантовим зціленням, припускаючи, що, застосовуючи достатню розумову силу, ми можемо вилікувати усі хвороби.

Згідно з Чопре, цей глибокий висновок можна зробити з квантової фізики, яка, за його словами, показала, що фізичний світ, у тому числі наші тіла, є реакцією спостерігача. Ми створюємо наші тіла так само, як ми створюємо досвід нашого світу. Чопра також стверджує, що «переконання, думки та емоції викликають хімічні реакції, що підтримують життя в кожній клітині», і що «світ, у якому ми живемо, включаючи досвід наших тіл, повністю визначається тим, як ми вчимося його сприймати». Так що хвороби та старіння – це лише ілюзія. Завдяки чистій силі свідомості ми можемо досягти того, що Чопра називає "вічне молодим тілом, вічно молодим розумом".

Однак досі немає переконливих аргументів чи доказів того, що квантова механіка відіграє центральну роль у людській свідомості або що вона забезпечує безпосередні цілісні зв'язки у всьому Всесвіті. Сучасна фізика, включаючи квантову механіку, залишається повністю матеріалістичною та редукціоністською, і водночас сумісною з усіма науковими спостереженнями.